中頻可變增益放大器在北斗抗干擾接收機信道設(shè)計中的應(yīng)用

方明

【摘要】易受干擾是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)固有特性，具有抗干擾功能的北斗接收機在軍事應(yīng)用中的需求尤為迫切。本文結(jié)合四陣列天線抗干擾接收機的研制，闡述陣列接收信道的設(shè)計思路，詳細描述可變增益放大器在設(shè)計中的應(yīng)用，最后給出測試星空極速，表明與其設(shè)計預(yù)期相吻合。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星導(dǎo)航 抗干擾 陣列天線 可變增益放大器

擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已開始在國防軍事領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而，北斗系統(tǒng)和現(xiàn)有的GPS、G-LONASS等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)一樣，易受干擾。根據(jù)英國的試驗，1W功率的調(diào)頻噪聲GPS干擾機，可使22公里內(nèi)的民用接收機失效，俄羅斯研制出一種干擾功率為8瓦的便攜式干擾機，其干擾距離超過200公里。一般導(dǎo)航衛(wèi)星信號到達地球表面時的信號功率大約為-130dBm左右，極其微弱，此為其易受干擾的關(guān)鍵。

目前，美國和少數(shù)其它發(fā)達國家已經(jīng)具備了較為成熟的GPS抗干擾技術(shù)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)目前仍不成熟，是近年來的的研究熱點。目前主流的抗干擾處理算法都是以陣列天線為基礎(chǔ)。本文提出結(jié)合可變增益放大器設(shè)計的陣列天線接收信道，可以使抗干擾接收機實現(xiàn)較高抗干擾指標(biāo)。

一、信道實現(xiàn)方案及可變增益放大器應(yīng)用

1.1 信道方案考慮

對陣列信號處理而言，接收通路的幅度相位一致性指標(biāo)極為重要，直接影響最終的抗干擾性能。設(shè)計師總希望各通道的幅度相位差值越小越好，這往往需要認真挑選器件，嚴(yán)格控制印制板和機械加工精度，以及精心調(diào)試。而在電路拓撲上，需采用盡量簡潔的電路結(jié)構(gòu)。高中頻一次變頻的超外差拓撲結(jié)構(gòu)簡單，且?guī)庖种坪拖褚种浦笜?biāo)都較好，較適合于抗干擾接收信道的設(shè)計。

抗干擾接收機為實現(xiàn)抗干擾功能并優(yōu)化抗干擾性能，需注意以下三點：

首先，干擾信號會遠遠大于有用信號。就目前國內(nèi)的技術(shù)狀態(tài)，60dB的干擾信號比是最低要求，即干擾信號最小為：-130dBm+60dB=-70dBm.

其次，由于中頻采樣ADC的滿量程輸入幅度一定，單端輸入時常常為lVpp，差分輸入時常常為2Vpp，所以存在干擾的情況下信道增益必定較低。為保證信道幅度、相位一致性，干擾功率在未超過某個設(shè)定門限值時接收信道增益保持固定，隨著干擾功率逐漸增大到門限值，AGC開始起控，中頻輸出幅度達到最大值并保持不變。這個門限值由信道增益及中頻最大輸出幅度決定。AGC功能由可變增益放大器實現(xiàn)。

再者，由于接收信道增益低，無干擾情況下輸出中頻輸出幅度較低，為避免ADC采樣后信噪比的惡化，保證系統(tǒng)靈敏度，需采用較高的量化位數(shù)，通常為14bit或16bit。

1.2 信道方案設(shè)計

下面以某產(chǎn)品中的接收機信道為例來說明由可變增益放大器實現(xiàn)AGC控制的過程。此產(chǎn)品為四陣列天線抗干擾接收機，具體接收信道方案如下圖1所示：

圖1四陣列天線接收信道方案框圖

有用信號與干擾信號一起由天線接收，經(jīng)低噪放放大后送入混頻器得到中頻信號，濾波后送入可變增益放大器再次放大，再經(jīng)過抗混疊濾波器后送入數(shù)字處理單元，進行AD轉(zhuǎn)換和抗干擾的數(shù)字信號的處理，再進行有用信號的解調(diào)處理，最終獲取導(dǎo)航信息。

此接收信道中，低噪放增益為35dB，混頻增益為4dB，濾波器插損為4dB，可變增益放大器增益受輸入干擾功率影響，約為OdB-15dB范圍，中頻最大輸出幅度為8dBmn

1.3 可變增益放大器應(yīng)用

ADI公司有一系列的可變增益放大器器件可選，根據(jù)設(shè)計需求，本產(chǎn)品中選用型號為AD8368模擬控制的可變增益放大器。圖2是AD8368在信道中的應(yīng)用電路。

圖2 AD8368在信道中的應(yīng)用電路

此應(yīng)用電路需注意以下關(guān)鍵點：

（1） MODE腳接低電平，設(shè)置AD8368為負斜率增益控制。（2） DETO腳到GAIN的二極管V1設(shè)置AD8368為準(zhǔn)AGC模式，其增益不完全由AGC電路控制。（3） GAIN腳的電位器VR1設(shè)置AGC未起控時AD8368的增益。（4）OUT到DETI的電阻網(wǎng)絡(luò)R3R4設(shè)定最大輸出幅度：8dBm。當(dāng)輸入較小時，輸出幅度低于8dBm，AGC未起控，其增益由電位器控制，大約為15dB。當(dāng)輸入繼續(xù)增加，使輸出達到8dBm，AGC起控，DETO電壓逐漸增大，二極管導(dǎo)通，使GAIN電壓增大，從而使增益降低，保持中頻輸出恒定。

二、結(jié)果測試

輸入功率為-50dBm的單音干擾時信道中頻輸出如圖3所示，此時AGC未起控，信道增益為50dB，高起的平臺為熱噪聲放大后經(jīng)濾波器形成帶通包絡(luò)。

圖3 AGC未起控時信道中頻輸出

干擾功率增加到-35dBm時中頻輸出如圖4所示，此時AGC已起控，增益約為43dB，輸出保持8dBm。由于增益降低，熱噪聲包絡(luò)也隨之降低。

圖4 AGC起控后信道中頻輸出

三、結(jié)束語

隨著北斗系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域的逐步深入，具有抗干擾功能的北斗接收機將得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合可變增益放大器設(shè)計的陣列天線接收信道，鏈路簡潔，成本低，可靠性高，能夠保證較好的幅度計相位一致性，從而實現(xiàn)較高抗干擾指標(biāo)，在北斗抗干擾領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻

[1]呂偉，朱建軍.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].地礦測繪，2007，23（3）：29-32

[2]侯者非，王學(xué)東，陳國軍.GPS干擾與抗干擾技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，（23）：99-100

[3]陳強.北斗二號抗干擾接收機關(guān)鍵部件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012

[4]李柏渝，伍俊，李蓬蓬，周力，歐鋼，大動態(tài)范圍抗干擾導(dǎo)航接收機AGC電路性能分析與優(yōu)

化設(shè)計[J].微波學(xué)報，2004，（8）：659-663